多晶硅副產物中二氯二氫硅的液相氯化方法技術

本發明專利技術公開了一種多晶硅副產物中二氯二氫硅的液相氯化方法，特點是：二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生液相氯化反應，反應溫度為-50~50℃，反應壓力為0.5MPa以上，反應后生成四氯化硅和氯化氫；優點是：本發明專利技術方法安全可控，二氯二氫硅的轉化率可達99.9%以上，四氯化硅的收率可達98.5%以上，有效簡化了多晶硅副產物中二氯二氫硅的處理流程，降低了能耗，為多晶硅工廠處理二氯二氫硅副產物提供了一條切實可行的途徑。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及液相氯化方法，具體涉及一種。
技術介紹
二氯二氫硅的分子式SH2SiCl2，別名二氯硅烷，英文簡稱DCS，是改良西門子法多晶硅生產過程中除四氯化硅以外重要的副產物之一。二氯二氫硅在常溫常壓下為具有刺激性窒息氣味和腐蝕性的無色有毒氣體。目前國內多晶硅生產廠家處理二氯二氫硅的方式一般有兩種:一是將其合并在四氯化硅廢液中，由專業廠家處理；二是將其送入尾氣處理工段，在堿液作用下進行水解處理。采用這些處理方式，成本高，易造成資源的浪費和環境的污染。美國聯合碳化物公司開發了反歧化工藝，該工藝在有機胺或有機胺樹脂的催化作用下，使二氯二氫硅和四氯化硅反應生成三氯氫硅，實現了二氯二氫硅的資源化，并得到工業化應用。國內研究人員在中國專利CN102068829A中公開了一種將二氯二氫硅轉化為三氯氫硅的工藝，其技術原理與美國聯合碳化公司基本一致。然而反歧化工藝單程轉化率低下，用于分離反應產物的精餾過程能耗高，且無法使用多晶硅工廠現有精餾塔，而必須為反歧化設備配套專用精餾塔，這無疑增加了設備投資和過程的復雜性。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種安全可控的。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種，二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生液相氯化反應，反應溫度為-5(T50°C，反應壓力為0.5MPa以上，反應后生成四氯化硅和氯化氫。其反應式如下:H2SiCl2+2Cl2 — SiCl4+2HCl由于二氯二氫硅與氧化劑如空氣、氧、氯等形成的混合氣體有非常寬的爆炸極限，同時二氯二氫硅的閃點極低(為_37°C)，又由于上述反應是強放熱反應，氯和二氯二氫硅之間的直接接觸會快速引發爆炸性反應。利用四氯化硅作為循環反應系統的惰性溶劑和稀釋齊U，使二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生液相氯化反應，在微觀上降低了二氯二氫硅與氯的碰撞幾率，二氯二氫硅的液相氯化在安全可控的條件下進行，沒有爆炸風險。優選地，所述的反應壓力為0.5 5MPa。優選地，具體步驟為:在充滿四氯化硅的循環反應系統中，連續注入二氯二氫硅的四氯化硅溶液和氯的四氯化硅溶液，使二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生連續的液相氯化反應；反應后的物料不斷經分離器減壓分離為氣液兩相，氣相是被四氯化硅飽和的氯化氫氣體，液相是被氯化氫飽和的四氯化硅，氯化氫氣體被排出循環反應系統，被氯化氫飽和的四氯化硅的一部分從循環反應系統中溢流流出，余下部分再返回到循環反應系統循環使用。優選地，所述的二氯二氫硅的四氯化硅溶液中，二氯二氫硅與四氯化硅的摩爾比為1:2(Γ200 ;所述的氯的四氯化硅溶液中，氯與四氯化硅的摩爾比為1:2(Γ200。優選地，所述的二氯二氫硅的四氯化硅溶液和氯的四氯化硅溶液連續注入循環反應系統時，二氯二氫硅與氯的摩爾流率比為1:1.95^2.05。優選地，經分離器減壓分離后的物料的壓力控制在0.05 IMPa。與現有技術相比，本專利技術的優點在于:(I)本專利技術，其原理是利用四氯化硅作為循環反應系統的惰性溶劑和稀釋劑，使二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生液相氯化反應，在微觀上降低了二氯二氫硅與氯的碰撞幾率，二氯二氫硅的液相氯化在安全可控的條件下進行，沒有爆炸風險；(2)反應前以四氯化硅作為惰性溶劑將二氯二氫硅與氯溶解其中，反應后的目標產物之一即為四氯化硅，與反應前的溶劑為同一種物質，保證了循環反應系統最佳的傳熱傳質效率，同時反應后的目標產物四氯化硅可返回到循環反應系統循環使用，極大地簡化了后續的分離操作，降低了分離能耗，使工藝流程變得簡單；(3)液相的四氯化硅能高效率地吸收和傳導反應熱，同時通過控制反應物料和溶劑的比例就能方便、可靠的控制循環反應系統的溫升在安全的范圍內，從而完全避免了因反應熱量快速積累導致反應失控現象的發生； (4)控制合適的反應壓力等反應條件確保循環反應系統內的物料始終處于均一的液相，且反應生成的氯化氫氣體也溶解在該液相中，確保了循環反應系統能處于均相狀態，從而避免了循環反應系統內形成氣液兩相而導致氣相閃爆反應發生的可能性；(5)多晶硅工廠采用本專利技術方法后，從循環反應系統中溢流流出的四氯化硅可直接輸送到現有的精餾塔中進行后續分離操作，不必另外配套專用精餾塔，且現有的多晶硅工廠都建立了用于將四氯化硅轉化為三氯氫硅的熱氫化或冷氫化裝置，可見，從最大程度利用多晶硅工廠現有裝置及流程、降低操作復雜性角度出發，將二氯二氫硅轉化為四氯化硅無疑是實現二氯二氫硅資源化的最佳路徑之一。因此，本專利技術方法安全可控，其二氯二氫硅的轉化率可達99.9%以上，四氯化硅的收率可達98.5%以上，有效簡化了多晶硅副產物中二氯二氫硅的處理流程，降低了能耗，為多晶硅工廠處理二氯二氫硅副產物提供了一條切實可行的途徑。附圖說明圖1為實施例采用的循環反應系統的流程示意圖。具體實施例方式以下結合附圖實施例對本專利技術作進一步詳細描述。如圖1所示，實施例采用的循環反應系統包括循環泵1、循環泵2、混合器3、混合器4、管式反應器5和分離器6。循環泵I可控制并調節流入混合器4的物料的流量，循環泵2可控制并調節流入混合器3的物料的流量，物料從混合器3和混合器4注入到管式反應器5，帶溢流功能的分離器6可對反應后的物料進行減壓分離。實施例1，如圖1所示:向循環反應系統中充入純度99.9%以上的四氯化硅，直至四氯化硅充滿循環反應系統并從分離器6開始溢流；開啟并調節循環泵I和循環泵2，使進入混合器4的四氯化硅的質量流量為50kmol/h，使進入混合器3的四氯化硅的質量流量為50kmol/h ;向混合器4中連續注入二氯二氫硅形成二氯二氫硅的四氯化硅溶液，向混合器3中連續注入液氯或氯氣形成氯的四氯化硅溶液，使進入混合器4的二氯二氫硅的摩爾流率為lkmol/h，進入混合器3的氯的摩爾流率為2kmol/h ;經過混合器4的混合作用，出混合器4的二氯二氫硅的四氯化硅溶液中二氯二氫硅與四氯化硅的摩爾比為1:50，經過混合器3的混合作用，出混合器3的氯的四氯化硅溶液中氯與四氯化硅的摩爾比為1:25 ;出混合器4的二氯二氫硅的四氯化硅溶液和出混合器3的氯的四氯化硅溶液被連續注入管式反應器5中；二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生連續的液相氯化反應，反應壓力控制在4.5MPa,反應溫度控制在45±2.5°C，反應停留時間為10s，反應后的物料不斷經分離器6減壓分離為氣液兩相，減壓后的壓力為0.5MPa，氣相是被四氯化硅飽和的氯化氫氣體，液相是被氯化氫飽和的四氯化娃，氯化氫氣體被排出循環反應系統，被氯化氫飽和的四氯化娃的一部分從分離器6中溢流流出，余下部分再返回到管式反應器5循環使用。該循環反應系統穩定運行6h后在管式反應器5末端取樣分析，結果表明二氯二氫硅的轉化率為99.9%，四氯化硅的收率為99.5%。實施例2，如圖1所示:向循環反應系統中充入純度99.9%以上的四氯化硅，直至四氯化硅充滿循環反應系統并從分離器6開始溢流；開啟 并調節循環泵I和循環泵2，使進入混合器4的四氯化硅的質量流量為50kmol/h，使進入混合器3的四氯化硅的質量流量為395kmol/h ；向混合器4中連續注入二氯二氫硅形成二氯二氫硅的四氯化硅溶液，向混合器3中連續注入液氯或氯氣形成氯的四氯化硅溶液，使進入混合器4的二氯二氫硅的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多晶硅副產物中二氯二氫硅的液相氯化方法，其特征在于二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生液相氯化反應，反應溫度為?50~50℃，反應壓力為0.5MPa以上，反應后生成四氯化硅和氯化氫。

【技術特征摘要】
1.一種多晶硅副產物中二氯二氫硅的液相氯化方法，其特征在于二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生液相氯化反應，反應溫度為-5(T50°C，反應壓力為0.5MPa以上，反應后生成四氯化硅和氯化氫。2.根據權利要求1所述的一種多晶硅副產物中二氯二氫硅的液相氯化方法，其特征在于所述的反應壓力為0.5 5MPa。3.根據權利要求1或2所述的一種多晶硅副產物中二氯二氫硅的液相氯化方法，其特征在于具體步驟為:在充滿四氯化硅的循環反應系統中，連續注入二氯二氫硅的四氯化硅溶液和氯的四氯化硅溶液，使二氯二氫硅與氯在四氯化硅溶液中發生連續的液相氯化反應；反應后的物料不斷經分離器減壓分離為氣液兩相，氣相是被四氯化硅飽和的氯化氫氣體，液相是被氯化氫飽和的四氯化硅，氯化氫氣體被排出循環反應...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙燕，張春丹，
申請(專利權)人：寧波大學，
類型：發明
國別省市：